JPWO2008153054A1 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置の使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
100 処理容器
200 容器本体
300 蓋体
300a 溝
300b 凸部
305 誘電体板
305a 貫通穴
310 金属電極
315a 内部導体
500 固定機構
900 マイクロ波源
U 処理室
SW 表面波
TM 導体表面波
以下に添付図面を参照しながら、まず、本発明の第1実施形態にかかるプラズマ処理装置について、本装置の縦断面を模式的に示した図1(図2の断面O−O)および処理容器の天井面を示した図2を参照しながら説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより重複説明を省略する。
プラズマ処理装置10は、その内部にてガラス基板(以下、「基板G」という。)をプラズマ処理するための処理容器100を有している。処理容器100は、容器本体200と蓋体300とから構成される。容器本体200は、その上部が開口された有底立方体形状を有していて、その開口は蓋体300により閉塞されている。容器本体200と蓋体300との接触面にはOリング205が設けられていて、これにより容器本体200と蓋体300とが密閉され、処理室Uが形成される。容器本体200および蓋体300は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
つぎに、マイクロ波の伝搬について説明し、その後、導体表面波の伝搬抑制について詳しく説明する。以下に、導体表面波TMの伝搬と周波数との関係を説明する。
プラズマの誘電率は、εr′−jεr″で表わされる。プラズマの誘電率には損失成分もあるため、プラズマの誘電率は複素数で表現される。プラズマの誘電率の絶対値εr′は通常−1よりも小さい。プラズマの誘電率は、次式(1)で表される。
δ=−1/Im(k)・・・(4)
kは、前述したように波数である。
nc = ε0 me ω2/e2・・・(5)
導体表面波TMの伝搬モデルとして、図6に示すように、導体である蓋体300(表面波伝搬部51)の下面とプラズマPとの間に形成された無限に広い厚さdsのシースgをz方向に導体表面波TMが伝搬する場合について説明する。シースgの誘電率をεr=1、プラズマPの誘電率をεr’−jεr’ ’とする。マクスウェルの方程式から、図6のy方向の磁界Hyが満たす方程式を導くと、次のようになる。
E=E0×e−jγz=E0e−αzejβz・・・(14)
1Np/m=20/ln(10)dB/m=8.686dB/m
図7に示すグラフは、以下の代表的条件における導体表面波TMの減衰量の周波数依存性である。図7より、周波数を下げると減衰量が減小することが分かる。これは、次のように説明される。式(1)によれば、周波数を下げるとプラズマPの誘電率の実部εr′が負に大きくなり、プラズマインピーダンスが小さくなることが分かる。従って、プラズマにかかるマイクロ波電界がシースにかかるマイクロ波電界と比較して弱くなり、プラズマ中におけるマイクロ波の損失が小さくなるため、導体表面波TMの減衰量が減小する。処理容器内壁付近の電子密度は4×1011cm−3、電子温度は2eV、シース電圧は24V、圧力は13.3Pa、ガスはArの条件である。
発明者らは、伝搬抑制の効果を高めるために溝300aの形状の適正化を図った。溝300aの形状の最適化をする際に、計算に用いる電子密度をどのように設定するかが重要である。導体表面波がプラズマ中に入り込む深さは進入長δ程度であり、数mm〜十数mmである(表1参照)。このようにプラズマの表面に近い部分の電子密度を様々な処理条件において実測すると、1×1011cm−3〜1×1012cm−3であった。そこで、電子密度neを1×1011cm−3〜1×1012cm−3の範囲に定めて検討を行った。図8に示したように、断面が略矩形状の溝300aを選択した。プラズマ電位は24V、電子温度は2eVに設定した。溝300aの幅をW、深さをDとする。
つぎに、発明者らは、溝300aの幅Wとシース厚さdSとの関係および溝300aの幅Wと進入長δとの関係に着目して溝300aの幅Wの適正値についてつぎのように考察した。図11Aに示したように、溝300aの幅Wがシース厚さdSの2倍以下である場合(2dS≧W)、溝300aの内部空間はすべてシース領域となる。この結果、溝300aがある部分とない部分とのシース厚さdSに段差が生じず、溝300aを設けても、導体表面波TMにとっては、溝300aはないものと同じになる。よって、2dS≧Wでは、溝300aは伝搬抑制の機能を果たさない。
溝のコーナ部(図8のコーナCa、Cb)やエッジ部では、インピーダンスが不連続になるため伝搬する導体表面波の一部が反射する。コーナ部やエッジ部の角が丸くなるとインピーダンスの不連続性が緩和されるため、透過量が増加する。特に、コーナ部やエッジ部の曲率半径Rが導体表面波の波長に対して無視できない程度に大きくなると、透過量が大きく増加する。
上述したように、溝300aを設けることにより、表面波伝搬部51全体に伝搬させた導体表面波TMによりプラズマPを生成させることができる。即ち、溝300aで囲まれた表面波伝搬部51の下面全体でプラズマPを生成させることができるので、溝300aの位置によって、処理容器4内で生成されるプラズマPの領域を制御することが可能である。
Claims (25)
- 電磁波によりガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
金属により形成された処理容器と、
電磁波を出力する電磁波源と、
前記処理容器の内壁に面し、前記電磁波源から出力された電磁波を前記処理容器内に透過する誘電体板と、
前記処理容器の内面に設けられた伝搬障害部とを備えるプラズマ処理装置。 - 前記伝搬障害部は、前記処理容器の内面に沿って伝搬する電磁波を抑制する機構を有する請求項1に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記伝搬障害部は、前記処理容器の内面に沿って伝搬する電磁波の少なくとも一部を反射させる溝部を含む請求項1に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記溝部は、前記処理容器の内面において前記誘電体の周囲を取り囲むように設けられている請求項3に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記溝部の断面は、概ね矩形であり、
前記溝部の幅Wと深さDは、0.26<D/W<2.3の関係を満たす請求項3に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記溝部の幅が、電磁波のプラズマへの進入長の2倍よりも小さく、前記処理容器の内面とプラズマとの間に形成されるシースの厚さの2倍よりもよりも大きい請求項5に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記溝部のコーナ部の曲率半径は、処理容器の内面とプラズマとの間を伝搬する電磁波の波長λの1/40よりも小さい請求項3に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記溝部は、その断面が概ね矩形状、概ね半円状、概ねテーパ状の少なくともいずれかに形成されている請求項3に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記伝搬障害部は、前記処理容器の内面に沿って伝搬する電磁波の少なくとも一部を反射させる凸部を含む請求項1に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記凸部は、前記処理容器の内面において前記誘電体の周囲を取り囲むように設けられている請求項9に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記凸部の断面は、概ね矩形であり、
前記凸部の高さが、前記処理容器の内面に沿って伝搬する電磁波の波長の1/2よりも小さく、前記処理容器の内面とプラズマとの間に形成されるシースの厚さよりも大きい請求項10に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記凸部は、その断面が概ね矩形状、C字状、T字状のいずれかに形成されている請求項9に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記誘電体板は、複数の誘電体板から構成され、
前記伝搬障害部は、各誘電体板をそれぞれ囲むように前記処理容器の内面に設けられている請求項1に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記伝搬障害部は、前記複数の誘電体板の全体を囲むように前記処理容器の内面に設けられている請求項13に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記伝搬障害部は、前記処理容器の開口を囲むように前記処理容器の内面に設けられている請求項1に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記複数の誘電体板は、等間隔に配置されている請求項13に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記伝搬障害部は、隣り合う誘電体板の外周面から等間隔の位置に設けられている請求項13に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記電磁波源は、周波数が1.9GHz以下の電磁波を出力する請求項1に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記誘電体板は円周または多角形を構成するように連続してまたは不連続に延在して配置され、前記円周または多角形の内部の中心部を囲むように前記伝搬障害部が前記処理容器の内面に設けられている請求項1に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記溝部は、概ね平行に複数設けられる請求項3に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記溝部は、前記溝部の断面が小さくなる程、前記金属電極から遠い位置に形成される請求項20に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記凸部は、概ね平行に複数設けられる請求項9に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記凸部は、前記溝部の断面が小さくなる程、前記金属電極から遠い位置に形成される請求項22に記載されたプラズマ処理装置。
- 周波数が1.9GHz以下の電磁波を電磁波源から出力し、
前記電磁波源から出力された電磁波を導体棒に伝送させ、
前記導体棒を伝送した電磁波を処理容器の内壁に面した誘電体板に透過させることにより、前記電磁波を前記処理容器内に伝送させ、
前記処理容器の内面に設けられた伝搬障害部により処理容器の内面とプラズマとの間を伝搬する電磁波の伝搬を制御しながら、電磁波により前記処理容器に導入された処理ガスを励起させて被処理体に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の使用方法。 - 周波数が1.9GHz以下の電磁波を電磁波源から出力し、
前記電磁波源から出力された電磁波を導体棒に伝送させ、
前記導体棒を伝送した電磁波を処理容器の内壁に面した誘電体板に透過させることにより、前記電磁波を前記処理容器内に伝送させ、
前記処理容器の内面に設けられた伝搬障害部により処理容器の内面とプラズマとの間を伝搬する電磁波の伝搬を制御しながら、電磁波により前記処理容器に導入されたクリーニングガスを励起させてプラズマ処理装置をクリーニングするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
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